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1、熱設(shè)計2021/7/91專業(yè) 課件目錄熱設(shè)計的基礎(chǔ)概念傳導(dǎo)、對流、輻射散熱方式的選擇123自然對流散熱和強制對流散熱4FLOTHERM簡介52021/7/92專業(yè) 課件電子設(shè)備的發(fā)展趨勢1. 熱耗上升化2. 設(shè)備小巧化3. 環(huán)境多樣化2021/7/93專業(yè) 課件過熱-電子產(chǎn)品故障的首要原因(Source : US Air Force Avionics Integrity Program)Figure 2: Major Causes of Electronics Failures 圖2：電子產(chǎn)品故障主要原因資料來源：美國空軍航空電子整體研究項目55%溫度20%振動6%粉塵19%潮濕Figure

2、1 : Junction Life Statistics(Source : GEC Research)圖1：結(jié)點壽命統(tǒng)計故障率（10萬小時）資料來源：GEC研究院發(fā)熱問題被確認(rèn)為電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計所面臨的三大問題之一(強度與振動、散熱、電磁兼容)2021/7/94專業(yè) 課件熱設(shè)計的基本要求滿足設(shè)備可靠性的要求滿足設(shè)備預(yù)期工作的熱環(huán)境的要求滿足對冷卻系統(tǒng)的限制要求熱設(shè)計工程師 與EE, ME, Layout等項目相關(guān)人員緊密配合，力求提高產(chǎn)品各方面性能并降低成本2021/7/95專業(yè) 課件熱設(shè)計的基礎(chǔ)概念問題：熱的單位是什么？是？ 熱是能量的形態(tài)之一。與動能、電能及位能等一樣，也存在熱能。熱能的單

3、位用“J”（焦耳）表示。1J能量能在1N力的作用下使物體移動1m，使1g的水溫度升高0.24。 1J=1Nm2021/7/96專業(yè) 課件熱設(shè)計的基礎(chǔ)概念 設(shè)備會持續(xù)發(fā)熱。像這樣，熱量連續(xù)不斷流動時，用“每秒的熱能量”來表示會更容易理解。單位為“J/s”。J/s也可用“W”（瓦特）表示。2021/7/97專業(yè) 課件熱設(shè)計的基礎(chǔ)概念 100J的能量可使100g水的溫度升高約0.24。這并不是通過升高水的溫度消耗了100J的能量。而是在水中作為熱能保存了起來。 能量既不會憑空消失，也絕不會憑空產(chǎn)生。這就是最重要“能量守恒定律”。 是溫度單位。溫度是指像能量密度一樣的物理量。它只不過是根據(jù)能量的多少表

4、現(xiàn)出來的一種現(xiàn)象。即使能量相同，如果集中在一個狹窄的空間內(nèi)，溫度就會升高，而大范圍分散時，溫度就會降低。2021/7/98專業(yè) 課件熱設(shè)計的基礎(chǔ)概念 電子產(chǎn)品接通電源后一段時間內(nèi)，多半轉(zhuǎn)換的熱能會被用于提高裝置自身的溫度，而排出的能量僅為少數(shù)。之后，裝置溫度升高一定程度時，輸入的能量與排除的能量必定一致。否則溫度便會無止境上升。2021/7/99專業(yè) 課件熱設(shè)計的基礎(chǔ)概念 很多人會認(rèn)為，“熱設(shè)計是指設(shè)計一種可避免發(fā)熱并能使其從世界上消失的機構(gòu)”。 就像前面指出的那樣，說是“發(fā)熱”，但并非憑空突然產(chǎn)生熱能。說是“冷卻”，但也并不是熱能完全消失。 如下圖所示,熱設(shè)計是指設(shè)計一種“將 W的能量完全向

5、外部轉(zhuǎn)移的機構(gòu)”，其結(jié)果是可達(dá)到“以下”。大家首先要有一個正確的認(rèn)識！ 。2021/7/910專業(yè) 課件9、 人的價值，在招收誘惑的一瞬間被決定。2022/7/122022/7/12Tuesday, July 12, 202210、低頭要有勇氣，抬頭要有低氣。2022/7/122022/7/122022/7/127/12/2022 9:02:36 PM11、人總是珍惜為得到。2022/7/122022/7/122022/7/12Jul-2212-Jul-2212、人亂于心，不寬余請。2022/7/122022/7/122022/7/12Tuesday, July 12, 202213、生氣是拿

6、別人做錯的事來懲罰自己。2022/7/122022/7/122022/7/122022/7/127/12/202214、抱最大的希望，作最大的努力。12 七月 20222022/7/122022/7/122022/7/1215、一個人炫耀什么，說明他內(nèi)心缺少什么。七月 222022/7/122022/7/122022/7/127/12/202216、業(yè)余生活要有意義，不要越軌。2022/7/122022/7/1212 July 202217、一個人即使已登上頂峰，也仍要自強不息。2022/7/122022/7/122022/7/122022/7/122021/7/911熱傳導(dǎo)傅立葉導(dǎo)熱定律：

7、A為垂直于熱流方向的截面積；為材料的導(dǎo)熱系數(shù)，單位W/(mK)，它是表征材料導(dǎo)熱能力優(yōu)劣的物性參數(shù)。導(dǎo)熱系數(shù)是指在穩(wěn)定傳熱條件下，1m厚的材料，兩側(cè)表面的溫差為1度（K,C）,在1秒內(nèi)，通過1平方米面積傳遞的熱量，單位為瓦/米度（W/mK,此處的K可用C代替）。它是表征材料導(dǎo)熱能力優(yōu)劣的物性參數(shù)。在30 C時，空氣的導(dǎo)熱系數(shù)為0.027 W/m C ，因此可以利用空氣夾層來絕熱，通常把導(dǎo)熱系數(shù)小于0.23 W/m C 的材料稱為絕熱材料。熱流量是指單位時間內(nèi)通過某一給定面積的熱量，單位為W。2021/7/912專業(yè) 課件熱傳導(dǎo)2021/7/913專業(yè) 課件熱傳導(dǎo)定義熱流密度： 對傅立葉定律在一

8、維導(dǎo)熱條件下積分，可得： 由此可得導(dǎo)熱熱阻計算公式為：熱流密度是指單位時間內(nèi)通過單位面積的熱流量成為熱流密度。熱量在熱流路徑上遇到的阻力，反映介質(zhì)或介質(zhì)間的傳熱能力的大小，表明了 1W熱量所引起的溫升大小，單位為/W或K/W。用熱功耗乘以熱阻，即可獲得該傳熱路徑上的溫升?？梢杂靡粋€簡單的類比來解釋熱阻的意義，換熱量相當(dāng)于電流，溫差相當(dāng)于電壓，則熱阻相當(dāng)于電阻。2021/7/914專業(yè) 課件熱傳導(dǎo)熱阻Rja：芯片的熱源結(jié)（junction）到周圍冷卻空氣（ambient）的總熱 阻，乘以其發(fā)熱量即獲得器件溫升。熱阻Rjc：芯片的熱源結(jié)到封裝外殼間的熱阻，乘以發(fā)熱量即獲得結(jié)與殼的溫差。熱阻Rjb：

9、芯片的結(jié)與PCB板間的熱阻，乘以通過單板導(dǎo)熱的散熱量即獲得結(jié) 與單板間的溫差。2021/7/915專業(yè) 課件熱傳導(dǎo)單層平壁導(dǎo)熱多層平壁導(dǎo)熱單層圓筒壁導(dǎo)熱多層圓筒壁導(dǎo)熱2021/7/916專業(yè) 課件熱傳導(dǎo)接觸熱阻2021/7/917專業(yè) 課件導(dǎo)熱介質(zhì)2021/7/918專業(yè) 課件導(dǎo)熱介質(zhì)-導(dǎo)熱脂常由復(fù)合型導(dǎo)熱固體填料、高溫合成油（基礎(chǔ)油如硅油），并加有穩(wěn) 定劑和改性添加劑調(diào)配而成的均勻膏狀物質(zhì)，常用的導(dǎo)熱脂為白色，也 有灰色或金色的導(dǎo)熱脂等顏色。導(dǎo)熱顆粒通常采用氧化鋅、氧化鋁、氮化硼、 氧化銀、銀粉、銅粉等。1）為最常見的界面導(dǎo)熱材料，常采用印刷或點涂方式進行施加。 2)用于散熱器和器件之間，散

10、熱器采用機械固持，最主要的優(yōu)點為維修方便,價格便宜。3）因可以很好的潤濕散熱器和器件表面，減小接觸熱阻，所以其導(dǎo)熱熱阻很小， 適合大功率器件的散熱。4）使用時需要印刷或點涂，操作費時，工藝控制要求較高，難度大。特點：2021/7/919專業(yè) 課件導(dǎo)熱介質(zhì)-導(dǎo)熱脂2021/7/920專業(yè) 課件導(dǎo)熱介質(zhì)-導(dǎo)熱脂2021/7/921專業(yè) 課件導(dǎo)熱介質(zhì)-導(dǎo)熱脂我公司現(xiàn)有導(dǎo)熱硅脂其他一些常用導(dǎo)熱硅脂供應(yīng)商型號我司編碼導(dǎo)熱系數(shù)(W/mk)工作溫度（攝氏度）北京美寶T-5010401001710.785-602002021/7/922專業(yè) 課件導(dǎo)熱介質(zhì)-導(dǎo)熱膠特點：2021/7/923專業(yè) 課件導(dǎo)熱介質(zhì)-導(dǎo)

11、熱膠2021/7/924專業(yè) 課件導(dǎo)熱介質(zhì)-導(dǎo)熱膠315導(dǎo)熱膠的使用方法：1、首先用酒精擦拭芯片和散熱器粘接面；晾干（約1min后即可）2、采用0.12mm的導(dǎo)熱膠印刷工裝，涂膠方式推薦為固化水涂在散熱器上，導(dǎo)熱膠涂在芯片表面。3、采用干凈的毛刷在散熱器上刷涂固化水，不超過2滴，使粘結(jié)面有潤濕的痕跡即可.然后待固化 水揮發(fā)15s1min后（不能超過30min），組裝上散熱器。4、采用5-10N的壓力，從中間均勻擠壓散熱器，以使膠層均勻分布，實現(xiàn)良好的粘結(jié)層；5、固化時，采用壓塊工裝施加約1psi的壓強，以控制膠層的厚度在0.15mm以下；6、一般情況下，40min后，315膠的粘接強度可達(dá)到完

12、全固化的80；24h后，315膠可完全固化。2021/7/925專業(yè) 課件導(dǎo)熱介質(zhì)-導(dǎo)熱墊主要應(yīng)用及特點：主要用于當(dāng)半導(dǎo)體器件與散熱表面之間有較大間隙需要填 充用于幾個芯片要同時要共用散熱器或散熱底盤時，但間隙不 一樣的場合用于加工公差加大的場合，表面粗糙度較大的場合。由于導(dǎo)熱墊的彈性，使導(dǎo)熱墊能減振，防止沖擊，且 便于安裝和拆卸。2021/7/926專業(yè) 課件導(dǎo)熱介質(zhì)-導(dǎo)熱墊2021/7/927專業(yè) 課件導(dǎo)熱介質(zhì)-導(dǎo)熱墊對導(dǎo)熱墊的性能要求和主要檢測項目：1）導(dǎo)熱系數(shù)和熱阻：熱性能滿足要求2）硬度：優(yōu)先選用硬度較低的材料3）絕緣性能：要求耐壓滿足產(chǎn)品需求（一般3KV）4）阻燃：要求材料阻燃級別

13、達(dá)到V1及以上供應(yīng)商型號我司編碼導(dǎo)熱系數(shù)(W/mk)尺寸奧川科技SPE2-40-BK10401000291.24m厚;30.5mm30.5mm;黑色奧川科技SPE2-25-BK10401000301.22.5mm厚;23.5mm17.5mm；黑色奧川科技SPE2-10-BK10401000311.21mm厚;13mm18mm;黑色潤和科技K1000108120103211mm厚；200mm*400mm，硬度邵氏15-50，灰黑色我公司現(xiàn)有的導(dǎo)熱硅膠墊：2021/7/928專業(yè) 課件導(dǎo)熱介質(zhì)-相變導(dǎo)熱膜2021/7/929專業(yè) 課件導(dǎo)熱介質(zhì)-相變導(dǎo)熱膜2021/7/930專業(yè) 課件導(dǎo)熱介質(zhì)-導(dǎo)熱

14、墊2021/7/931專業(yè) 課件導(dǎo)熱介質(zhì)-導(dǎo)熱雙面膠帶2021/7/932專業(yè) 課件導(dǎo)熱介質(zhì)-導(dǎo)熱雙面膠帶2021/7/933專業(yè) 課件對流換熱牛頓冷卻公式：其中為對流換熱系數(shù)，單位W/(m2K)，表征了換熱表面的平均對流換熱能力。A為參與熱交換的有效面積，T為表面溫度與流體溫度之差。由牛頓公式可得對流換熱熱阻計算公式為：自然對流換熱系數(shù)在110W/(m2K)量級，實際應(yīng)用時一般不會超過35 W/(m2K) ；強制對流換熱系數(shù)在10100 W/(m2K) 量級，實際應(yīng)用時一般不會超過30 W/(m2K) 。2021/7/934專業(yè) 課件幾個準(zhǔn)則數(shù)的計算公式及物理意義：努塞爾數(shù)： 雷諾數(shù)：普朗特

15、數(shù)：格拉曉夫數(shù)： L 特征尺寸，m； u 流體速度，m/s； cp 比熱容，kJ/(kgK)； 動力粘度，Pas； 導(dǎo)熱系數(shù)，W/(mK)； V 體膨脹系數(shù)，1； g 重力加速度，m/s2； T流體與壁面的溫差。是流體力學(xué)中的一個無量綱數(shù)，是表示對流換熱強烈程度的一個準(zhǔn)數(shù), 又表示流體層流底層的導(dǎo)熱阻力與對流傳熱阻力的比雷諾數(shù)是流體力學(xué)中表征粘性影響的相似準(zhǔn)則數(shù)。典型雷諾數(shù)：普通航空飛機：5 000 000小型無人機：400 000海鷗：100 000滑翔蝴蝶：7000圓形光滑管道：2320大腦中的血液流 ：100主動脈中的血流 1000普朗特數(shù)是由流體物性參數(shù)組成的一個無因次數(shù)，表明溫度邊界

16、層和流動邊界層的關(guān)系，反映流體物理性質(zhì)對對流傳熱過程的影響。它反映自然對流程度的特征數(shù)。 當(dāng)格拉曉夫數(shù)相當(dāng)大，約 Gr10E9 時，自然對流邊界層就會失去穩(wěn)定而從層流狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鳡顟B(tài) 。所以格拉曉夫數(shù)Gr在自然對流過程中的作用相當(dāng)于雷諾數(shù) Re 在受迫對流過程中的作用，其大小能確定邊界層的流動狀態(tài)。2021/7/935專業(yè) 課件熱輻射任意物體的輻射能力可用下式計算鏡體是指反射比=1的物體。絕對透明體是指穿透比=1的物體。絕對黑體是指吸收比=1的物體。黑度：在一定溫度下，將灰體的輻射能力與同溫度下黑體的輻射能力之比定義為物體的黑度，或物體的發(fā)射率，用表示。2021/7/936專業(yè) 課件熱輻射物

17、體表面的輻射計算是及其復(fù)雜的，其中最簡單的是兩個面積相同且正對著的表面間的輻射換熱量計算公式：2021/7/937專業(yè) 課件熱輻射2021/7/938專業(yè) 課件電子設(shè)備冷卻方法的選擇溫升為40時，各種冷卻方法的熱流密度和體積功率密度值2021/7/939專業(yè) 課件電子設(shè)備冷卻方法的選擇冷卻方法可根據(jù)熱流密度和溫升要求，按照下圖關(guān)系進行選擇。這種方法適用于溫升要求不同的各類設(shè)備由此圖可知，當(dāng)元件表面與環(huán)境之間的允許溫差T為60 時，空氣的自然對流（包括輻射）僅對熱流密度低于0.05W/cm2 時有效 。強迫風(fēng)冷可使表面對流換熱系數(shù)大約提高一個數(shù)量級，如在允許溫差為100 時，風(fēng)冷最大可能提供1W

18、/cm2 的傳熱能力。2021/7/940專業(yè) 課件電子設(shè)備冷卻方法的選擇電子設(shè)備中常用的冷卻方法能夠達(dá)到的對流換熱系數(shù)及表面熱流密度值如下表所示：2021/7/941專業(yè) 課件電子設(shè)備冷卻方法的選擇設(shè)備內(nèi)部的散熱方法應(yīng)使發(fā)熱元器件與被冷卻表面或散熱器之間有一條低熱阻的傳熱路徑。利用金屬導(dǎo)熱是最基本的傳熱方法，其熱路容易控制。熱輻射換熱則需要比較高的溫差，且傳熱路徑不容易控制。對流換熱需要較大的面積，在安裝密度較高的設(shè)備內(nèi)部難以滿足要求。大多數(shù)小型電子元器件最好采用自然冷卻方法。自然對流冷卻表面的熱流密度為0.039W/cm2 。有些高溫元器件的熱流密度可高達(dá)0.078W/cm2 。強迫空氣冷

19、卻是一種較好的冷卻方法。熱管的傳熱性能比相同的金屬導(dǎo)熱要高幾十倍，且兩端的溫差很小。應(yīng)用熱管時，主要問題是如何減小熱管兩端接觸界面上的熱阻。2021/7/942專業(yè) 課件電子設(shè)備冷卻方法的選擇2021/7/943專業(yè) 課件電子設(shè)備自然冷卻為了說明機殼結(jié)構(gòu)對電子設(shè)備溫度的影響，可以通過下圖所示的試驗裝置的試驗加以說明。其中熱源為80W，位于試驗裝置的中心位置，機殼用各種不同結(jié)構(gòu)形式的鋁板制成，進行任意組合，可滿足不同結(jié)構(gòu)形式的需要，試驗裝置404*304*324mm。2021/7/944專業(yè) 課件2021/7/945專業(yè) 課件電子設(shè)備自然冷卻密封機箱所有表面所散發(fā)的熱量在工程上可以近似用下面的公

20、式來估算：式中：密封機箱溫升的推算和散熱限度：2021/7/946專業(yè) 課件電子設(shè)備自然冷卻密封機箱的散熱量取決于其表面積，若要求機箱的溫度保持在一定范圍內(nèi)，對給定的機箱表面積，其所能散熱的熱量是有限度的。機箱表面積與散熱限度的關(guān)系如下圖：2021/7/947專業(yè) 課件電子設(shè)備自然冷卻2021/7/948專業(yè) 課件電子設(shè)備自然冷卻自然散熱的通風(fēng)機箱主要經(jīng)由機箱表面散熱和自然通風(fēng)帶走熱量兩種方式來進行散熱：式中：通風(fēng)機箱溫升的推算和散熱限度：通風(fēng)機箱的散熱受到機箱表面積和通風(fēng)孔面積的限制。500mmX500mmX200mm和300mmX300mmX100m兩種表面積的機箱的通風(fēng)孔面積與散熱量之間

21、的關(guān)系如下圖所示：2021/7/949專業(yè) 課件電子設(shè)備自然冷卻當(dāng)內(nèi)部發(fā)熱量與所要求的溫升值是確定的，則可由上圖估算出這時所必須的通風(fēng)孔面積。若超出了這一限度，就要采用強迫風(fēng)冷方式。2021/7/950專業(yè) 課件電子設(shè)備自然冷卻-散熱器選擇自然冷卻散熱器的設(shè)計要點考慮到自然冷卻時溫度邊界層較厚，如果齒間距太小，兩個齒的熱邊界層易交叉，影響齒表面的對流，所以一般情況下，建議自然冷卻的散熱器齒間距大于12mm，如果散熱器齒高低于10mm，可按齒間距1.2倍齒高來確定散熱器的齒間距。自然冷卻散熱器表面的換熱能力較弱，在散熱齒表面增加波紋不會對自然對流效果產(chǎn)生太大的影響，所以建議散熱齒表面不加波紋齒。

22、2021/7/951專業(yè) 課件電子設(shè)備自然冷卻-散熱器選擇自然冷卻散熱器的設(shè)計要點由于自然對流達(dá)到熱平衡的時間較長，所以自然對流散熱器的基板及齒厚應(yīng)足夠，以抗擊瞬時熱負(fù)荷的沖擊，建議大于3mm以上。散熱器基板厚度對散熱器的熱容量及散熱器 熱阻有影響，太薄熱容量太小，太厚熱阻反而增加，上圖表示出了基板厚度的最 佳范圍。對分散式散熱來將，基板厚度一般為3-6mm為最佳。一定的冷卻體積及流向長度下，按下表確定散熱器齒片最佳間距的大小冷卻條件流向長度(mm)75150225300自然冷卻6.57.510132021/7/952專業(yè) 課件電子設(shè)備自然冷卻機箱輻射換熱的考慮對于自然冷卻的機箱，大部分需承擔(dān)

23、散熱器的功能，其表面溫升一般較高，約25-40，其表面的輻射換熱量在整個機箱的散熱量中占有較大的比重，有些甚至成為主要的散熱途徑，所以，在進行機箱的散熱計算時，不能忽略輻射換熱，可按下式進行計算：Q輻射4S(Ts4-Ta4)S機箱的有效面積，m2 斯波爾茲曼常數(shù)，為5.6710-8W/m2.K-輻射系數(shù)Ts-機箱的表面溫度，KTa環(huán)境溫度，K 必須牢記，電子設(shè)備由于溫度不是太高，輻射波長相當(dāng)長，處于不可見的紅外區(qū)。而在紅外區(qū)，一個良好的發(fā)射體也是一個良好的吸收體， 所以在考慮機箱的輻射換熱時，必須同時考慮機箱表面輻射吸收的熱量及機箱表面輻射散出的熱量。2021/7/953專業(yè) 課件電子設(shè)備自然

24、冷卻系統(tǒng)風(fēng)道設(shè)計的一些基本原則：進、出風(fēng)口盡量遠(yuǎn)離，以強化煙囪效果。出風(fēng)口盡可能設(shè)計在系統(tǒng)的頂部。在機柜的面板、側(cè)板、后板沒有特別要求一般不要開通風(fēng)孔，以利于形成有效的煙囪。系統(tǒng)后部應(yīng)留一定空間以利于氣流順暢流出。為了避免下部熱源對于上層熱源的影響，可采用隔板形成獨立風(fēng)道。為了避免熱空氣流入配電單元而影響其可靠性，可把氣流風(fēng)道隔離，形成完整、獨立的風(fēng)道。機箱的選材如果需利用模塊的機箱作為散熱器，則模塊機箱必須選用鋁合金材料，且模塊內(nèi)壁不得進行拉絲處理，材料的厚度不得低于1.5mm。如果不利用機箱進行散熱，則模塊機箱選材不受限制。2021/7/954專業(yè) 課件電子設(shè)備自然冷卻2021/7/955

25、專業(yè) 課件電子設(shè)備自然冷卻 系統(tǒng)為自然對流獨立散熱風(fēng)道，機柜出風(fēng)口在后門的頂部或頂部。模塊或插框為前后通風(fēng)冷卻。機柜后面的風(fēng)道要求有足夠的寬度，通常推薦大于200mm以上。配電單元如果位于系統(tǒng)頂部，需與風(fēng)道隔離，以避免熱空氣對配電元器件的影響。除進、出風(fēng)口外，其它部位須完全密封。系統(tǒng)為自然對流獨立散熱風(fēng)道，機柜出風(fēng)口在后門的頂部或頂部。模塊或插框強迫風(fēng)冷且必須為上下風(fēng)道。機柜后面的風(fēng)道要求有足夠的寬度，通常推薦大于200mm以上。配電單元如果位于系統(tǒng)頂部，需與風(fēng)道隔離，以避免熱空氣對配電元器件的影響。除進、出風(fēng)口外，其它部位須完全密封。2021/7/956專業(yè) 課件電子設(shè)備強迫通風(fēng)冷卻整機通風(fēng)

26、冷卻設(shè)計的焦點在于合理控制氣流與分配氣流，使其按照預(yù)定的路徑通行，并將氣流合理地分配給各單元和組件，使所有元器件均在稍低于額定的溫度下工作。 元器件排列時，應(yīng)將不發(fā)熱或發(fā)熱量小的元器件排列在冷空氣的上游（靠近進風(fēng)口處），耐熱性差的元器件排列在最上游，其余元器件可按照耐溫的高低逐一排列。在不影響電性能的前提下，將發(fā)熱量大的元器件集中在一起，并與其他元器件采用熱絕緣的辦法，進行單獨的集中通風(fēng)冷卻。這樣可使系統(tǒng)所需風(fēng)量、風(fēng)壓顯著下降，以減少通風(fēng)機的電機功率。為了降低空氣的輸送阻力，各元器件在單元內(nèi)排列時，應(yīng)力求對空氣的阻力最小，盡量避免在風(fēng)道上安裝大型元器件以免造成阻塞。整機通風(fēng)系統(tǒng)的進、出風(fēng)口應(yīng)盡

27、量遠(yuǎn)離，以避免氣流短路。為提高主要元器件的換熱效率，可將元器件裝入與其外形相似的風(fēng)道內(nèi)，進行單獨的集中通風(fēng)冷卻。2021/7/957專業(yè) 課件電子設(shè)備強迫通風(fēng)冷卻最簡單的抽風(fēng)風(fēng)道，由機柜底部進風(fēng)。流場分布均勻，各區(qū)域換熱強度相差不大。但如果風(fēng)道中有較大的縫隙，則會形成氣流部分短路，下面區(qū)域的通風(fēng)量將大大降低。下面區(qū)域的熱量依然被帶入上面的區(qū)域。機柜內(nèi)為負(fù)壓，灰塵將通過縫隙進入機柜。風(fēng)扇框串聯(lián)風(fēng)道，適用于機柜風(fēng)阻較大的情況。靠近風(fēng)扇出風(fēng)口的部分換熱最強烈，但要注意風(fēng)扇的HUB附近將形成回流死區(qū)。中間插框由于上下風(fēng)扇串聯(lián)，氣流不能充分?jǐn)U散，靠近拉手條和母板的部分風(fēng)速會比較低，宜將發(fā)熱元器件與熱敏元

28、器件布于單板的中間。如果單板較深，根據(jù)需要在深度方向上可采用兩排風(fēng)扇。風(fēng)扇也可分別置于機柜的頂部和底部，但噪音將比置于插框間大。2021/7/958專業(yè) 課件電子設(shè)備強迫通風(fēng)冷卻插框獨立抽風(fēng)散熱風(fēng)道，適用于各框散熱量都比較大的情況，各插框散熱互不干擾。機柜由開孔前門進風(fēng)，頂插框可以上出風(fēng)，下面的插框后出風(fēng)。采用軸流風(fēng)扇時，出風(fēng)直接受阻擋，風(fēng)阻較大。如果機柜不宜做得較深，必須在后門開孔，并且機柜離墻有足夠的距離；如果機柜可以做得較深，可以在后門與母板間流出足夠?qū)挾鹊目臻g作為風(fēng)道，將風(fēng)從機柜頂部排出，由于風(fēng)道多次垂直轉(zhuǎn)彎，將形成較大的風(fēng)阻，宜在后風(fēng)道安裝導(dǎo)風(fēng)裝置或采用離心風(fēng)扇。注意，由于進風(fēng)為水平

29、方向，單板的右上區(qū)（拉手條端）將形成回流區(qū)，此處不宜布置熱流量較高的元件和熱敏元件。此為寬帶傳輸?shù)臋C柜風(fēng)道，插框獨立散熱。兩個子框采用鼓風(fēng)方式，最下面的插框自然散熱。風(fēng)扇斜放的角度盡量大于45，避免風(fēng)扇進風(fēng)不利和產(chǎn)生較大的噪音。風(fēng)扇前面的斜板為防塵板，在這里安置防塵板，可以增加防塵面積，減小阻力，均化流場。如圖可見，采用鼓風(fēng)方式的獨立風(fēng)道將大大增加機柜高度。2021/7/959專業(yè) 課件電子設(shè)備強迫通風(fēng)冷卻這是典型的機箱通風(fēng)風(fēng)道設(shè)計，采用離心風(fēng)扇抽風(fēng)，向后排出，進風(fēng)口在機箱前下方。威圖和國外一些產(chǎn)品都采用這種風(fēng)道。我們目前掌握的離心風(fēng)扇資料中沒有合適的型號可用于這種設(shè)計，主要因為離心風(fēng)機的風(fēng)量

30、過小，尺寸大，噪音也大。如果沒有合適的離心風(fēng)扇型號可選，可用軸流風(fēng)扇豎放代替，但風(fēng)扇模塊將占用較大高度空間。如果機箱高度有限制，可將風(fēng)扇平放，但風(fēng)扇出風(fēng)口上方還是得留有一定出風(fēng)空間，至少40mm，如風(fēng)道4中的風(fēng)扇框一樣，這種方式風(fēng)阻較大，對風(fēng)量有一定影響，需要采用較大尺寸風(fēng)扇。2021/7/960專業(yè) 課件電子設(shè)備強迫通風(fēng)冷卻Motorola CPX8216機箱風(fēng)道。采用可變速軸流風(fēng)扇鼓風(fēng)，風(fēng)扇豎放，風(fēng)扇的出風(fēng)口處裝有導(dǎo)風(fēng)葉片，將氣流按系統(tǒng)熱量分布分為三個部分，一部分冷卻電源模塊，一部分冷卻后插單板部分和前插單板的后半部分，一部分冷卻前插單板靠近拉手條的發(fā)熱元器件。這種設(shè)計使結(jié)構(gòu)緊湊，風(fēng)量合理

31、分配。2021/7/961專業(yè) 課件電子設(shè)備強迫通風(fēng)冷卻-機箱的熱設(shè)計1，風(fēng)扇側(cè)的通風(fēng)面積 無論是抽風(fēng)還是吹風(fēng)方式，安裝風(fēng)扇側(cè)的通風(fēng)面積即為風(fēng)扇的流通面積，按下式計算： SK0.785(Dout2-DHUB2) S-風(fēng)扇側(cè)機箱的通風(fēng)面積，m2 k-冗余系數(shù)，取1.1-1.2 Dout 風(fēng)扇框的內(nèi)直徑，m DHUB 風(fēng)扇中心HUB的直徑，m 模塊的通風(fēng)面積2，非風(fēng)扇側(cè)的通風(fēng)面積如果抽風(fēng)風(fēng)扇，非風(fēng)扇側(cè)的通風(fēng)面積大于等于風(fēng)扇側(cè)的通風(fēng)面積 。如果吹風(fēng)風(fēng)扇，考慮到空氣受熱體積膨脹的因素，非風(fēng)扇側(cè)的通風(fēng)面積=(1.5-2.0)風(fēng)扇側(cè)的通風(fēng)面積 。2021/7/962專業(yè) 課件電子設(shè)備強迫通風(fēng)冷卻-散熱器

32、機箱的表面處理從熱設(shè)計角度，無論機箱還是散熱器，不推薦表面進行任何處理，額外的表面處理對散熱貢獻(xiàn)較小，卻增加了產(chǎn)品成本。強迫風(fēng)冷散熱器的設(shè)計要點在散熱器表面加波紋齒，波紋齒的深度一般應(yīng)小于0.5mm,增加散熱器的齒片數(shù)。目前國際上先進的擠壓設(shè)備及工藝已能夠達(dá)到23的高寬比，國內(nèi)目前高寬比最大只能達(dá)到8。對能夠提供足夠的集中風(fēng)冷的場合，可采用真空釬焊、錫焊、鏟齒或插片成型的冷板，其齒間距最小可到2mm。采用針狀齒的設(shè)計方式，增加流體的擾動，提高散熱齒間的對流換熱系數(shù)。2021/7/963專業(yè) 課件電子設(shè)備強迫通風(fēng)冷卻-散熱器散熱器基板厚度與熱阻的關(guān)系曲線不同通風(fēng)條件下散熱器的最佳齒間距散熱器基板

33、厚度對散熱器的熱容量及散熱器熱阻有影響，太薄熱容量太小，太厚熱阻反而增加，左圖表示出了基板厚度的最佳范圍。對分散式散熱來講，基板厚度一般為3-6mm為最佳。散熱器齒間距的確定：散熱器齒間距的大小與風(fēng)速有較大的關(guān)系，不同通風(fēng)條件，其最佳的齒間距是不一樣的，右圖表示出了常見通風(fēng)風(fēng)速下最佳的齒間距。2021/7/964專業(yè) 課件電子設(shè)備強迫通風(fēng)冷卻-散熱器散熱器齒片厚度的確定：不同的齒片厚度，其對應(yīng)的齒間距是不一樣的，如下圖所示。不同齒厚對應(yīng)的最佳齒間2021/7/965專業(yè) 課件電子設(shè)備強迫通風(fēng)冷卻-散熱器一定的冷卻體積及流向長度下，按下表確定散熱器齒片最佳間距的大小冷卻條件流向長度(mm)751

34、50225300自然冷卻6.57.510131.0m/s(200)4.05.06.07.02.5m/s(500)2.53.34.05.05.0m/s(1000)2.02.53.03.5散熱器的表面處理安裝元器件的散熱器表面的光潔度Ra1.6m，平面度小于0.1mm。安裝元器件的散熱器表面不能進行拉絲處理。散熱器表面原則上不需要任何表面處理，因為進行表面處理對熱性能的改善貢獻(xiàn)較小，而成本增加確實顯著的。2021/7/966專業(yè) 課件電子設(shè)備強迫通風(fēng)冷卻-風(fēng)機的選擇多個風(fēng)扇的安裝位置由于風(fēng)扇出口風(fēng)速的方向與風(fēng)扇進口風(fēng)速方向一般成約45角，即呈現(xiàn)倒園錐的流場分布，所以在吹風(fēng)應(yīng)用的場合，要求兩個風(fēng)扇之

35、間最好加一個隔板或保持一個風(fēng)扇厚度的間距，以避免兩股流相交而產(chǎn)生的噪音和死區(qū)。2021/7/967專業(yè) 課件電子設(shè)備強迫通風(fēng)冷卻-風(fēng)機的選擇風(fēng)扇與最近障礙物間的距離要求為了避免風(fēng)扇太靠近被冷卻物體而產(chǎn)生噪音，建議在吹風(fēng)應(yīng)用場合，風(fēng)扇與單板風(fēng)道入口至少應(yīng)保持一個40mm的距離，以大于風(fēng)扇直徑為最佳。下圖顯示了在吹風(fēng)時與抽風(fēng)時，風(fēng)扇與障礙物之間的距離對風(fēng)扇靜壓曲線的影響，從圖中可以看出，在吹風(fēng)時，只有在風(fēng)扇與障礙物之間的距離大于75mm時其影響才較小，而在抽風(fēng)時，在風(fēng)扇與障礙物之間的距離大于50mm時其影響也較小。吹風(fēng)時風(fēng)扇與障礙物之間的距離對風(fēng)扇靜壓曲線的影響抽風(fēng)時風(fēng)扇與障礙物之間的距離對風(fēng)扇靜

36、壓曲線的影響2021/7/968專業(yè) 課件電子設(shè)備強迫通風(fēng)冷卻-風(fēng)機的選擇消除風(fēng)扇SWIRL影響的措施由于風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)慣量SWIRL的影響，加之實際產(chǎn)品不可能有足夠的空間允許流場能夠充分發(fā)展，所以風(fēng)扇后的流場在到達(dá)障礙物時存在明顯的死區(qū)，如圖14所示。如果不考慮這一點，把功率較大的元器件布置在此處，該元器件極可能應(yīng)過熱而損壞。為了消除SWIRL的影響，可選擇以下措施：2021/7/969專業(yè) 課件電子設(shè)備強迫通風(fēng)冷卻-風(fēng)機的選擇在風(fēng)扇出口與障礙物之間加整流柵，整流柵厚度大于2mm，強迫流場在經(jīng)過整流柵后變得非常均勻，如下圖所示。如果不能加整流柵，必須保證風(fēng)扇出口到障礙物間的間距大于于一個風(fēng)扇的直徑

37、，以使流場能夠充分發(fā)展而變得較均勻。 如果以上兩條測試都無法實現(xiàn)，可通過仿真分析得出流場的分布圖，再在PCB布局時避免把損耗較大的元器件布置在死區(qū)。2021/7/970專業(yè) 課件電子設(shè)備強迫通風(fēng)冷卻-風(fēng)機的選擇抽風(fēng)條件下對風(fēng)扇選型的限制選擇風(fēng)扇一般以風(fēng)扇進出口風(fēng)溫的大小作為限制條件，對吹風(fēng)條件下，進出口風(fēng)溫一般沒有限制。而對于抽風(fēng)的情況，由于風(fēng)扇抽出的是熱風(fēng)，對風(fēng)扇的壽命將產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。對風(fēng)扇廠家，一般均以60作為標(biāo)定風(fēng)扇壽命MTBF的條件，如果風(fēng)扇應(yīng)用的環(huán)境溫度高于60，則溫度每升高5，風(fēng)扇壽命下降一半。所以抽風(fēng)條件下，風(fēng)扇選擇應(yīng)遵循以下原則：如果進入風(fēng)扇的風(fēng)溫高于60時，應(yīng)考慮選用高溫風(fēng)

38、扇以保證風(fēng)扇的使用壽命。如果進入風(fēng)扇的風(fēng)溫低于60時，一般以(60-環(huán)境溫度)作為限制條件來選擇風(fēng)扇。例如：如選用的風(fēng)扇廠家所采用的風(fēng)扇壽命MTBF標(biāo)定溫度為60，設(shè)備使用的環(huán)境溫度為45，則應(yīng)以(60-45)=15作為選擇風(fēng)扇風(fēng)量的限制條件。2021/7/971專業(yè) 課件電子設(shè)備強迫通風(fēng)冷卻-風(fēng)機的選擇降低風(fēng)扇噪音的原則風(fēng)扇產(chǎn)生的噪音與風(fēng)扇的工作點或風(fēng)量有直接關(guān)系，對于軸流風(fēng)扇在大風(fēng)量，低風(fēng)壓的區(qū)域噪音最小，對于離心風(fēng)機在高風(fēng)壓，低風(fēng)量的區(qū)域噪音最小，如圖所示，這和風(fēng)扇的最佳工作區(qū)是吻合的。注意不要讓風(fēng)扇工作在高噪音區(qū)，考慮合適的熱設(shè)計冗余，保持最佳的熱性能與噪音之比值。一般來講，稍微降低產(chǎn)

39、品的溫度要求將導(dǎo)致產(chǎn)品噪音明顯降低；此外，由于在選擇風(fēng)扇時總是以產(chǎn)品工作的最嚴(yán)酷的狀態(tài)來選定風(fēng)扇的型號，而實際上產(chǎn)品總是工作在正常的額定功率或半載狀態(tài)下，所以風(fēng)扇的冗余就顯得過大，噪音也就降不下來，如果考慮合適的冗余或通過控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速就可大大降低產(chǎn)品的噪音水平。盡可能降低系統(tǒng)的流動阻力，低的流動阻力意味可以選用低轉(zhuǎn)速的風(fēng)扇，其噪音水平也會相應(yīng)降低。風(fēng)扇靜壓曲線與噪音變化曲線的對比圖2021/7/972專業(yè) 課件電子設(shè)備強迫通風(fēng)冷卻-風(fēng)機的選擇合理調(diào)整系統(tǒng)阻力與風(fēng)扇的匹配，使風(fēng)扇的工作點處于最佳的工作區(qū)域，而在最佳工作區(qū)域內(nèi)風(fēng)扇具有較低的噪音水平。相同的風(fēng)速，推薦選用大一號的風(fēng)扇更有利于降低系

40、統(tǒng)的噪音。避免把障礙物放在靠近風(fēng)扇的氣流速度較高的區(qū)域。在風(fēng)扇與結(jié)構(gòu)件間加橡膠墊，以消除風(fēng)扇振動而產(chǎn)生的噪音。把風(fēng)扇安裝在機箱內(nèi)側(cè)比安裝在外側(cè)噪音小。把障礙物放在風(fēng)扇的進風(fēng)側(cè)附近比放在風(fēng)扇的出風(fēng)側(cè)產(chǎn)生的噪音大。風(fēng)扇進風(fēng)口受阻擋所產(chǎn)生的噪音比其出風(fēng)口受阻擋產(chǎn)生的噪音大好幾倍，所以一般應(yīng)保證風(fēng)扇進風(fēng)口離阻擋物至少30mm的距離，以免產(chǎn)生額外的噪音。 對于不得不采用大風(fēng)量，高風(fēng)壓風(fēng)扇從而產(chǎn)生較大噪音的情況，可以在機柜的進風(fēng)口、出風(fēng)口、前后門內(nèi)側(cè)、風(fēng)扇框面板、側(cè)板等處在不影響進風(fēng)的條件下貼吸音材料，吸音效果較好的材料主要是多孔介質(zhì)，如玻璃棉，厚度越厚越好。有時由于沒有合適的風(fēng)機而選擇了轉(zhuǎn)速較高的風(fēng)機，

41、在保證設(shè)計風(fēng)量的條件下，可以通過調(diào)整風(fēng)機的電壓或其他方式降低風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，從而降低風(fēng)扇的噪音。2021/7/973專業(yè) 課件電子設(shè)備強迫通風(fēng)冷卻-風(fēng)機的選擇確定風(fēng)扇型號的方法先計算實際所須風(fēng)量： q=Q/(0.335T) q-實際所需的風(fēng)量，m3/h Q-散熱量，W T- 空氣的溫升，一般為1015確定風(fēng)扇的型號按經(jīng)驗公式：按照1.5-2倍的裕量選擇風(fēng)扇的最大風(fēng)量： q=(1.5-2)q 按最大風(fēng)量選擇風(fēng)扇型號。按確定工作點的方法把風(fēng)道曲線與風(fēng)扇的靜壓曲線繪在一張圖上，其交點就是風(fēng)機的工作點。工作點對應(yīng)的風(fēng)量若大于冷卻風(fēng)量，風(fēng)扇即滿足要求，否則重新選擇風(fēng)扇，重復(fù)上面的工作，直到滿足要求為止。20

42、21/7/974專業(yè) 課件電子設(shè)備強迫通風(fēng)冷卻-風(fēng)機的選擇吹風(fēng)與抽風(fēng)方式的選擇原則優(yōu)先采用吹風(fēng)方式，吹風(fēng)有如下優(yōu)點：風(fēng)量相對較集中，可以以較大的風(fēng)速針對局部區(qū)域進行集中冷卻。能夠有效防止風(fēng)扇馬達(dá)過熱，提高風(fēng)扇的使用壽命?？梢砸暂^大的壓力迫使灰塵不能夠在機箱內(nèi)聚積，而通過出風(fēng)口或縫隙流出，原則上可省掉防塵網(wǎng)。只有在以下情況下才選擇抽風(fēng)：希望流場規(guī)則或呈現(xiàn)層流。進風(fēng)口無法安裝風(fēng)扇。不希望風(fēng)扇馬達(dá)加熱空氣而對后面的元器件產(chǎn)生影響。2021/7/975專業(yè) 課件電子設(shè)備強迫通風(fēng)冷卻-風(fēng)機的串并聯(lián)風(fēng)扇的種類常用風(fēng)扇有軸流（Axial）、離心（Radial）、混流（Mixed-flow）三種，如右圖。 圖

43、中橫坐標(biāo)表示風(fēng)量，縱坐標(biāo)表示風(fēng)扇產(chǎn)生的靜壓。由圖中可以看出，要使風(fēng)扇的風(fēng)量越大，其產(chǎn)生的靜壓就越小，用于克服風(fēng)道阻力的能力就越小。從圖中的對比可以看出，軸流風(fēng)扇風(fēng)量大、風(fēng)壓低，曲線中間的平坦轉(zhuǎn)折區(qū)為軸流風(fēng)扇特有的不穩(wěn)定工作區(qū)，一般要避免風(fēng)扇工作在該區(qū)域。最佳工作區(qū)在低風(fēng)壓、大流量的位置（曲線的后1/3段）。如果系統(tǒng)的阻力比較大，也可以利用高風(fēng)壓、低流量的工作區(qū)（曲線的前1/3段），但要注意風(fēng)量是否達(dá)到設(shè)計值。離心風(fēng)扇的進、出風(fēng)方向垂直，其特點為風(fēng)壓大、風(fēng)量低，最好工作在曲線中壓力較高的區(qū)域。混流風(fēng)扇的特點介于軸流和離心之間，出風(fēng)方向與進風(fēng)有一傾斜角度，則風(fēng)量可以立即擴散到插框的各個角落，而且風(fēng)

44、壓與風(fēng)量都比較大，但風(fēng)扇HUB直徑較大，正對HUB的部分風(fēng)速很低，回流比較嚴(yán)重。2021/7/976專業(yè) 課件電子設(shè)備強迫通風(fēng)冷卻-風(fēng)機的串并聯(lián)空氣流過風(fēng)道將產(chǎn)生壓力損失。系統(tǒng)的壓力損失有沿程阻力損失和局部阻力損失。沿程損失是由氣流相互運動產(chǎn)生的阻力及氣流與壁面或單板的摩擦所引起的。局部阻力損失是氣流方向發(fā)生變化或風(fēng)道截面發(fā)生突變所引起的損失。不管哪種損失，均和當(dāng)?shù)仫L(fēng)速的平方成正比圖中表明風(fēng)扇在該系統(tǒng)中工作時的風(fēng)量為35m3/s，產(chǎn)生的靜壓為30Pa，系統(tǒng)的壓力損失為30Pa。如果工作點顯示的風(fēng)量不滿足設(shè)計要求，則需要選擇其他型號的風(fēng)扇來匹配，或設(shè)法降低系統(tǒng)阻力，增加風(fēng)量。2021/7/977

45、專業(yè) 課件電子設(shè)備強迫通風(fēng)冷卻-風(fēng)機的串并聯(lián)風(fēng)扇的串并聯(lián) 在機柜/箱中一般為保證送風(fēng)均勻和足夠的風(fēng)量，采用風(fēng)扇并聯(lián)使用的方式。風(fēng)扇并聯(lián)時的特性曲線理論上為各風(fēng)扇曲線的橫向疊加，如左下圖所示，實際上一般會比理想曲線略低。由圖中可以看出，兩個風(fēng)扇并聯(lián)使用產(chǎn)生的風(fēng)量并不是僅采用一個風(fēng)扇時產(chǎn)生風(fēng)量的兩倍，可能只增加30%，這和系統(tǒng)阻力特性曲線在工作點附近的斜率大小有關(guān)。如果系統(tǒng)阻力較大，阻力特性曲線較陡，當(dāng)風(fēng)扇并聯(lián)的數(shù)目多到一定程度時，并不能明顯增加風(fēng)量。一般建議橫向上并聯(lián)風(fēng)扇數(shù)目不要超過3個，如果插框較寬，可以用4個，縱向上除非插框很深，一般只用一排。當(dāng)機柜/箱的阻力較大時，可以采用風(fēng)扇串聯(lián)使用的方

46、式。風(fēng)扇串聯(lián)時的特性曲線理論上為各風(fēng)扇曲線的縱向疊加，如右所示，實際曲線一般會比理論曲線略低。2021/7/978專業(yè) 課件電子設(shè)備強迫通風(fēng)冷卻-風(fēng)機的串并聯(lián)在實際安裝情況下風(fēng)扇特性曲線的改變風(fēng)扇安裝在系統(tǒng)中，由于結(jié)構(gòu)限制，進風(fēng)口和出風(fēng)口常常會受到各種阻擋，其性能曲線會發(fā)生變化，如右圖所示。由圖中可以看出，風(fēng)扇的進出風(fēng)口最好與阻擋物有40mm的距離，如果有空間限制，也應(yīng)至少有20mm。2021/7/979專業(yè) 課件電子設(shè)備強迫通風(fēng)冷卻-防塵對散熱影響由于吹風(fēng)與抽風(fēng)方式對灰塵的吸附強弱是不一樣的，因而對是否安裝防塵網(wǎng)的需求也不一樣。一般來講，安裝防塵網(wǎng)后，元器件的溫升將升高1015，在決定安裝防

47、塵網(wǎng)的產(chǎn)品，必須考慮1015的熱設(shè)計冗余。抽風(fēng)方式的防塵措施 對抽風(fēng)來講，由于外部壓力大于模塊內(nèi)部的壓力，灰塵非常容易進入模塊并附著在模塊內(nèi)部的PCB表面及功率管表面，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的散熱性能及電氣性能，所以，抽風(fēng)條件下，必須安裝防塵網(wǎng)。吹風(fēng)方式下的防塵措施 對吹風(fēng)來講，由于外部壓力小于模塊內(nèi)部的壓力，灰塵即使進入模塊內(nèi)部，也不容易附著在模塊內(nèi)部的PCB表面及功率管表面上，在壓差的作用下，進入模塊內(nèi)部的會通過出風(fēng)口或機箱的縫隙飛出，所以，在吹風(fēng)條件下，實際上不需要安裝防塵網(wǎng)。當(dāng)然，為了照顧特殊應(yīng)用的場合如室外或比較臟的地方，也可以把防塵網(wǎng)作為選件提供給用戶，但選用使用防塵網(wǎng)時，產(chǎn)品必須降額使用。

48、如果不加防塵網(wǎng)，散熱器的體積可以減小20，散熱成本至少可以減少30，而噪音水平也就更加容易達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)了。2021/7/980專業(yè) 課件FLOTHERM簡介-了解散熱性能的方法了解散熱性能的數(shù)值方法:CFD (Computational Fluid Dynamics)實驗研究優(yōu)點：直觀，可靠缺點：昂貴，周期長數(shù)值仿真(CFD)優(yōu)點：周期短，成本低，限制：數(shù)學(xué)模型的適用程度2021/7/981專業(yè) 課件FLOTHERM簡介-仿真的基本思想CFD的基本思想是把原來在時間域和空間域上連續(xù)的物理量的場，用一系列有限個離散點上的變量值的集合來代替，通過一定的原則和方式建立起關(guān)于這些離散點上場變量之間關(guān)系的代

49、數(shù)方程組，然后求解代數(shù)方程組獲得場變量的近似值。1D012f1f22D(1,1)(0,1)(1,0)(2,1)(1,2)f1f2f3f43D2021/7/982專業(yè) 課件FLOTHERM簡介-傳熱的三種基本形式 導(dǎo) 熱Fourier 定律： 對 流Newton 冷卻定律： 輻 射Stefan-Bolzman 定律：2021/7/983專業(yè) 課件FLOTHERM簡介-控制方程能量守恒方程動量守恒方程質(zhì)量守恒方程T1 m1T2 m2 Hot componentQ12 p1 V1 p2V2 速度大，則壓力小，速度小，則壓力大12V1 A1V2 A2A1 V1 = A2 V2 2021/7/984專業(yè)

50、 課件FLOTHERM簡介-主要模塊FloTHERM 軟件FloTHERM 核心熱分析模塊簡單的建模方式：節(jié)省建模時間笛卡爾網(wǎng)格：加快計算速度集成的經(jīng)驗公式：加速計算并保證準(zhǔn)確度Visual Editor結(jié)果動態(tài)后處理模塊簡單的操作：節(jié)省后處理時間豐富的結(jié)果表現(xiàn)形式：方便項目人員的協(xié)作溝通Command Center優(yōu)化設(shè)計模塊先進的優(yōu)化算法：保證優(yōu)化結(jié)果的可靠性目標(biāo)驅(qū)動的自動優(yōu)化設(shè)計：減少工程師的工作量FloMCAD.BridgeCAD軟件接口模塊支持多種模型格式：適用范圍廣泛方便的操作：縮短建模時間FloEDAEDA軟件高級接口支持多種EDA格式：方便電子工程師與熱工程師協(xié)同工作包含走線、

51、器件參數(shù)、過孔等詳細(xì)信息的模型讀入：保證模型準(zhǔn)確性準(zhǔn)確的模型簡化方法：保證結(jié)果準(zhǔn)確度的同時減少計算時間FloTHERM.Pack標(biāo)準(zhǔn)IC封裝模型庫豐富的IC模型：方便下載以減少建模時間歐盟資助的生成模型算法：保證模型準(zhǔn)確度2021/7/985專業(yè) 課件FLOTHERM簡介-使用流程Pre-ProcessingModelingMeshing Boundary conditions Initial conditions Sources Material properties Physical modelsSolverMonitoring2021/7/986專業(yè) 課件FLOTHERM簡介-使用流程P

52、ost-ProcessingTemperature ProfileSpeed VectorCommand center 優(yōu)化Different CasesSolve Progress2021/7/987專業(yè) 課件FLOTHERM簡介-用戶界面介紹Project Manager 項目管理器提供樹狀結(jié)構(gòu)的幾何體和模型數(shù)據(jù)管理Drawing Board （模型）繪圖板提供創(chuàng)立和修改幾何模型的簡易界面，面向?qū)ο蟮慕＜夹g(shù)，專業(yè)針對電子熱分析的參數(shù)化模型，完全三維CAD風(fēng)格2021/7/988專業(yè) 課件FLOTHERM簡介-用戶界面介紹Table 數(shù)據(jù)表窗口提供輸入輸出參數(shù)的數(shù)據(jù)表輸出Visual ed

53、itor 圖形輸出窗口提供結(jié)果的圖形動態(tài)輸出2021/7/989專業(yè) 課件FLOTHERM簡介-文件結(jié)構(gòu)庫文件區(qū)項目文件索引文件2021/7/990專業(yè) 課件FLOTHERM簡介-文件結(jié)構(gòu) 首先FLOTHERM軟件借助四個目錄管理文件管理每個項目文件 千萬別去嘗試去修改項目文件中名中的數(shù)字串項目文件夾2021/7/991專業(yè) 課件FLOTHERM簡介-定義一個新項目定義項目名稱定義散熱環(huán)境以及散熱方式定義求解域2021/7/992專業(yè) 課件FLOTHERM簡介-太陽輻射的定義設(shè)置：設(shè)備的緯度工作日期工作時辰云遮當(dāng)比設(shè)置：被照射表面的反射率2021/7/993專業(yè) 課件FLOTHERM簡介-機箱

54、的建模薄壁設(shè)置不考慮平面方向的熱傳導(dǎo)薄還是厚？各面單獨定義：厚還是??？開口不開口？薄壁設(shè)置厚壁設(shè)置厚壁設(shè)置2021/7/994專業(yè) 課件FLOTHERM簡介-濾網(wǎng)、通風(fēng)孔、打孔板的建模尺寸孔的形狀與大小孔的間距直接定義開孔率2021/7/995專業(yè) 課件FLOTHERM簡介-風(fēng)扇的建模定義風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)模擬風(fēng)扇失效風(fēng)扇功耗GvDpGvmaxDp0風(fēng)扇的工作點系統(tǒng)阻抗2021/7/996專業(yè) 課件FLOTHERM簡介-芯片的建模搭建幾何結(jié)構(gòu)（復(fù)雜程度隨考慮細(xì)致程度變化） (簡單) (復(fù)雜)雙熱阻模型（較簡化）熱阻網(wǎng)絡(luò)模型（較復(fù)雜）Top innerTop outerPhysical LeadsLead

55、sJunctionBot innerBot outerStand-offStand-offSideCJBRjbRjc2021/7/997專業(yè) 課件FLOTHERM簡介-散熱器的建模2021/7/998專業(yè) 課件FLOTHERM簡介-導(dǎo)熱墊、導(dǎo)熱膠的建模2021/7/999專業(yè) 課件FLOTHERM簡介-導(dǎo)熱墊、導(dǎo)熱膠的建模方法一用薄板建模方法二定義表面熱阻方法三軟件自帶數(shù)據(jù)庫2021/7/9100專業(yè) 課件FLOTHERM簡介-材料的定義2021/7/9101專業(yè) 課件FLOTHERM簡介-材料的定義2)使用庫；1)直接定義；2021/7/9102專業(yè) 課件FLOTHERM簡介-功耗的定義固定

56、溫度固定熱流量固定總功耗焦耳發(fā)熱體積面積熱流熱功耗隨溫升變化熱功耗隨時間變化Thermal AttributionThermal Attribution2021/7/9103專業(yè) 課件FLOTHERM簡介-設(shè)定監(jiān)控點Step1：選定要監(jiān)控的元件Step2：點擊monitor point監(jiān)控點生成，默認(rèn)位置為選定元件的幾何中心也可以不選擇元件，直接建立監(jiān)控點并把位置設(shè)置到關(guān)心的地方2021/7/9104專業(yè) 課件FLOTHERM簡介-網(wǎng)格的定義2021/7/9105專業(yè) 課件FLOTHERM簡介-求解器設(shè)置設(shè)置求解方式設(shè)置迭代次數(shù)附加選項2021/7/9106專業(yè) 課件FLOTHERM簡介-錯誤

57、檢查和初始化錯誤檢查Error：Data error interrupting solutionWarning：flags set up problems such as incorrect location of boundaries, e.g. a fan detected inside a blockInformation：purely informational, e.g. object encountered outside the solution domain初始化2021/7/9107專業(yè) 課件FLOTHERM簡介-收斂監(jiān)控殘差曲線監(jiān)控點2021/7/9108專業(yè) 課件FLOT

58、HERM簡介-后處理TABLE表格2021/7/9109專業(yè) 課件FLOTHERM簡介-Visual Editor圖形化結(jié)果輸出2021/7/9110專業(yè) 課件FLOTHERM簡介-項目的導(dǎo)出導(dǎo)入可以導(dǎo)入導(dǎo)出的項目(Project)文件PDML文件: 只包括模型文件,不包括計算結(jié)果Pack文件: 包括計算結(jié)果的模型文件可以導(dǎo)入導(dǎo)出的部件(Assembly)文件Assembly PDML： 只包括模型的某部件模型Project PDML： 包括整個項目模型及其網(wǎng)格、求解設(shè)定2021/7/9111專業(yè) 課件FLOTHERM簡介-網(wǎng)格網(wǎng)格的密度增加，能得到更為詳細(xì)的解。代價： 內(nèi)存使用量 計算時間目標(biāo)： 網(wǎng)格獨立解2021/7/9112專業(yè) 課件FLOTHERM簡介-網(wǎng)格局部化選中某物體加網(wǎng)格約束局部化 支持多層嵌入式網(wǎng)格,可以進行不限層數(shù)的局部加密。2021/7/9113專業(yè) 課件FLOTHERM簡介-Import